Como biocatalizadores, las enzimas pueden hacer que muchos procesos químicos sean "más ecológicos" y abrir oportunidades prometedoras para diversas industrias, desde la farmacéutica hasta la tecnología ambiental. Los nuevos métodos analíticos, el enorme aumento de los volúmenes de datos y el aprendizaje automático han ayudado a impulsar el desarrollo de la biocatálisis.
Una publicación en la revista Science , coordinado por el Prof. Dr. Uwe Bornscheuer de la Universidad de Greifswald (DE) y la Prof. Dra. Rebecca Buller de ZHAW (CH), resume los avances en biocatálisis.
Las enzimas se han utilizado en biocatálisis para producir antibióticos semisintéticos, diversos componentes básicos para ingredientes farmacéuticos activos y productos químicos básicos como la acrilamida para polímeros durante décadas.
La biocatálisis puede hacer que los procesos químicos sean más eficientes, específicos y ahorren energía y, en el contexto de la escasez de energía y el cambio climático, es un rayo de esperanza para el desarrollo de una química más ecológica y una economía circular integral.
En los últimos cinco años se han logrado avances innovadores y revolucionarios en este campo:los avances clave han sido, por ejemplo, el desarrollo de nuevas herramientas bioinformáticas como el aprendizaje automático, que facilita el diseño personalizado de biocatalizadores, o la posibilidad de equipar enzimas con la capacidad de realizar nuevas reacciones químicas no conocidas en la naturaleza. También es posible sintetizar moléculas complejas como el almidón a partir del dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, combinando inteligentemente enzimas.
Las enzimas naturales se adaptan a su función metabólica a través de la evolución y, por lo tanto, deben optimizarse para aplicaciones industriales utilizando métodos de ingeniería de proteínas. Aunque esto se ha hecho durante casi tres décadas, en los últimos cinco años se han desarrollado nuevos métodos importantes.
No solo se ha multiplicado por 20 el número de secuencias de proteínas almacenadas en bases de datos públicas, sino que ahora también se pueden generar automáticamente estructuras de proteínas fiables y utilizarlas junto con métodos de aprendizaje automático para adaptar rápidamente los biocatalizadores a los requisitos de un proceso industrial.
Como resultado, ahora es posible utilizar la biocatálisis para producir moléculas de fármacos altamente complejas como el islatravir para el tratamiento del SIDA u oligonucleótidos terapéuticos. El primer autor de la Ciencia En el artículo, la Prof. Dra. Rebecca Buller, señala que el uso de enzimas se está convirtiendo en una realidad en un número cada vez mayor de áreas. "El rápido desarrollo de métodos bioinformáticos y de biología molecular hace posible la síntesis biocatalítica de productos cada vez más complejos, además de enseñar a las enzimas trucos completamente nuevos."
La eliminación de residuos plásticos es otro problema global que puede abordarse con la ayuda de la biocatálisis. En 2020, por ejemplo, los métodos de ingeniería de proteínas describieron una esterasa altamente eficiente que ahora puede usarse para reciclar plástico PET a escala industrial.
"Por lo tanto, los métodos más modernos de ingeniería enzimática resumidos en nuestra revisión deberían permitir establecer procesos de reciclaje eficientes para otros plásticos en un futuro previsible", afirma el Prof. Dr. Uwe Bornscheuer.
El artículo de revisión, escrito en colaboración con un equipo internacional de autores, resume los desarrollos más importantes en biocatálisis durante la última década, que ilustra con impresionantes ejemplos de aplicaciones. También aventura una mirada hacia el futuro de este innovador campo de investigación.
Además de la combinación de procesos de catálisis química y enzimática, los autores también ven campos de aplicación completamente nuevos para las enzimas, por ejemplo en la producción de terapias de ARN, en la terapia génica y otras contribuciones innovadoras a la conservación de los recursos y la protección del clima. /P>
Más información: R. Buller et al, De la naturaleza a la industria:Aprovechamiento de enzimas para la biocatálisis, Ciencia (2023). DOI:10.1126/ciencia.adh8615
Información de la revista: Ciencia
Proporcionado por la Universität Greifswald
